智能采集系统在察尔森水库大坝渗流监测中的应用

宋玉波，巩维屏

（松辽委察尔森水库管理局，内蒙古 乌兰浩特市 137400）

1 工程概况

察尔森水利枢纽位于嫩江支流洮儿河中游，坝址在内蒙古自治区兴安盟科尔沁右翼前旗察尔森镇北1.7 km处，坝长1 712 m，最大坝高40 m，坝址以上流域面积为7 780 km2，水库总库容12.53亿m3，水库以防洪、灌溉为主，结合发电、养鱼等综合利用的大型水利枢纽工程，是洮儿河干流上唯一的控制性骨干工程。

2 大坝安全监测

察尔森水库大坝变形观测埋设了坝体表面竖向位移、横向位移，共用工作点29个，分别采用水准、视准线法测量；土坝渗流监测于1991年在坝体上共布设65个观测孔，分布在11个断面。2000年4月又增设了一个观测断面5个观测孔。目前坝体渗流监测点共70个并且设有上游水位、下游水位、电站尾水位等。

大坝渗流观测原有监测采集设备和计算机设备均已落后，不能满足长期监测要求，针对系统存在上述问题，经过调研，了解到南京水利科学研究院开发了一套功能强大、界面友好，操作简单，适应土石坝安全监测特点的监测系统，此系统与分析系统联合运行，建立一个包括数据采集、存储、传输、管理、分析处理和评判等一系列水平先进、真实有效的自动监测系统，2010年5月察尔森水库大胆引进新技术、新设备对水库落后的监测设备进行更新改造，通过合理设计，科学管理，选择可靠性高、稳定性好、自动化程度高、抗雷击能力强的SWN-01分布式智能采集系统，以满足大坝安全监测的需要。

3 系统改造方案

3.1 系统结构

针对原有系统中的缺陷，将原有系统中的有线通信改为无线电台通信，可有效地防止了通信线路上的雷电干扰。系统供电电源改为太阳能供电，可有效地防止供电线路上的雷电干扰；系统改造后原有数据库不变。

全坝共设有6个MCU测控装置，每个MCU都由太阳能供电，每个测控装置分别控制附近相应的测点，并通过MCU里的电台把存贮器里的电测量，发送到中心机房采集软件进行计算，把最终工程物理量传送给大坝分析系统进行分析处理。

测控单元（MCU）选用南京水利科学研究院研制生产的SWN-01型智能分布式水利工程安全监测控制单元，该监测单元是通过中国和加拿大合作研制开发的，具有无线、GSM短信、卫星和光缆连接四种通信方式，在察尔森水库使用无线信号传输，由中央控制装置（CCU）、通用测控装置（MCU）以及相应的监测传感器组成。

3.2 系统功能

系统具有模块设置、系统参数设置、功能设置、系统自检、系统报警等项功能。

由于察尔森水库在中央控制装置CCU与MCU通讯方式上采用无线介质通讯，CCU数据库中设置电测量到工程物理量的转换公式，数据采集软件在得到来自MCU的电测量时，可同时进行计算，得出工程物理量。

3.2.1 MCU自检功能

MCU自检是在测控装置内完成，自检后显示出自检结果给操作人员，自检的内容包括：

1）MCU内部温度。通过检测MCU内部温度，检查MCU是否异常。

2）MCU工作电压。通过检测MCU工作电压，检查充电电路、蓄电池是否正常。

3）MCU充电电压。通过检测MCU充电电压，检查太阳能供电是否正常。

4）MCU测量模块和通道。通过检测MCU测量模块和通道，识别模块和通道类型，确定其与所接传感器类型是否相符，保证测量正常。

3.2.2 参数设置

在MCU能够正常工作之前，根据工程的具体情况，对MCU的参数和数据库中各测点进行设置，设置的内容有：

1）通讯速率。根据计算机与MCU的通讯方式、通讯介质，设置适当的传输速率，这样在保证传输的可靠性下可使数据传输达到最快。

2）系统时间。设置MCU内部时间使其与计算机时间同步。

3）通道配置。对MCU中各通道进行设置，主要设置的内容包括仪器类型、仪器指标、测量范围等，这样MCU可采取正确的测量方式对通道进行测量。

4）定时测量时间。设置定时测量开始时间，测量间隔时间MCU据此进行定时测量。

3.2.3 单点测量

单点测量是对MCU中某一支仪器单独进行测量，当某支仪器测量结果出现异常时，用于检查与维修，并保存测量结果。

3.2.4 巡回测量

巡回测量用于测量某一个MCU或者全部MCU内所有测点，能够对测量数据进行检查，当测量数据超出量程范围或事先设置的安全警戒，将给出提示或警告。得到数据后可以保存数据到中央数据库中。

3.2.5 定时测量

定时测量主要用来测取定时测量数据，也是自动化测量的关键所在，MCU按设置测量开始时间和测量时间间隔进行测量，并把测量所得到的数据发送到中央数据库中。

察尔森水库大坝测压管水位自动化监测采用自动测量方式，为了避免缺测数据情况，每天测量两次，早8点和晚8点各测量一次，中央数据库接收到MCU发来的电测量后进行计算，得出工程物理量后通过专用光纤远程发送到调度楼分析数据库中进行分析处理。

4 结语

SWN-01监测系统在察尔森水库的应用大大减少了人为因素及雷击对观测结果的影响，提高了观测精度，增强了成果的可靠性和连续性，目前系统运行可靠，监测数据变化比较稳定，系统测量和软件分析快捷，具有很高的时效性、准确性和直观性，保证了水库大坝的安全运行，为水库的防洪、兴利调度提供了重要决策依据，保证了水库综合效益的发挥。